Page 32 - 网络电信2021年10月刊上

量子信息网络概念原理与发展前景初探

赖俊森 赵文玉 张海懿
中国信息通信研究院技术与标准研究所

摘要 : 近年来，以量子计算、量子通信和量
子精密测量为代表的量子信息技术发展迅速，
成为业界关注焦点之一。通过对量子信息网络
基本概念原理、研究项目布局、科研探索进展、
未来发展前景等问题的分析探讨可知，量子信
息网络通过量子态信息的传输，可以实现量子
计算机和量子传感器等量子信息处理系统和节
点的互联和组网，是未来量子信息技术发展演
进和融合的重要方向之一。
关键词 : 量子信息网络 ; 量子通信 ; 发展前
景

量子通信利用量子叠加态及纠缠效应，在经典通信辅助 首先，信息收发双方通过纠缠光子对A、B的制备与分发( 即量
下，进行量子态信息传输或密钥分发，在理论协议层面具有 子纠缠分发) 构建量子通信信道;随后，信息发送方将包含未
无法被窃听的信息论安全性保证。量子通信的主要应用包括 知量子态信息的光子X与纠缠光子A进行贝尔态联合测量，并通
量子隐形传态(Quantum Teleportation，QT)、量子密钥分发 过经典通信信道告知接收方测量结果; 最后，信息接收方据此
(Quantum Key Distribution，QKD)、量子直接通信、量子秘 对纠缠光子B进行相应的酉变换操作，得到发送方光子X的量子
密共享和量子密集编码等方向。其中，基于QKD的量子保密通 态信息，完成量子通信过程。其中，进行量子态信息远距离传
信是目前已经初步实用化的应用方向，基于QT构建量子信息 输的主要物理载体是单光子或光子纠缠对，也称“飞行量子比
网络(Quantum Information Network，QIN)是未来量子通信 特”; 传输介质可采用光纤或自由空间信道等; 为克服环境噪
研究与应用探索的重要方向。量子信息网络，也称量子互联网 声、传输退相干和信道损耗等影响，需要进行量子态信息存
(Quantum Internet) ［1］ ，基于量子通信技术产生、传输和使 储，以及基于量子纠错、纠缠纯化和纠缠交换实现的量子中继;
用量子态资源，实现量子计算机、量子传感器等量子信息处理 各种量子态信息处理器节点，如量子计算机和量子传感器等，
系统或节点之间的互联和量子态信息传输，可进一步提升量子 其中的物质量子比特，如电子自旋和冷原子等，也需要与光子
信息传输和处理能力，成为未来量子信息技术研究和应用探索 进行量子态的转换。
的重要方向之一。 量子信息网络将是通过量子纠缠信道进行量子态传输的新
型网络，与经典信息网络在基础物理资源，信息传输和承载物
一、量子信息网络基本概念与特性 理信道，信号状态的调控、转换、存储与中继方案，组网设备
量子信息网络基于QT实现未知量子态信息的传输和组网。 和连接对象，网络协议架构，组网的发展目标及应用演进发展

表 1 量子信息网络与经典信息网络特性对比

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